JP6289012B2

JP6289012B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP6289012B2
Application number: JP2013212478A
Authority: JP
Inventors: 偉久山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: JP2015075669A

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、発光ダイオードを有するバックライトユニットを含む液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、自らは発光しない液晶パネルを用いた表示装置である。このため液晶パネルの背面にバックライトユニットが設けられることが多い。近年、バックライトユニットの光源には発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が広く用いられている。この場合、ＬＥＤから発生する熱が液晶表示装置に悪影響を及ぼし得る。このためＬＥＤからの熱を適切に処理するための方法が検討されている。

特開２００６−２１６２４４号公報（特許文献１）の例示によれば、ＬＥＤ光源が実装された配線板の実装面に放熱体が固定されている。具体的には、各ＬＥＤ光源が貫通する貫通孔が形成された放熱体が、各ＬＥＤ光源の側面部分との間に、製造可能な範囲の最小隙間を設けて囲うように固定されている。

特開２００４−１８６００４号公報（特許文献２）の例示によれば、ＬＥＤ光源は、これを収容する金属製のシャーシに熱伝導するように設けられている。ＬＥＤ光源は、ＬＥＤを点灯させるための配線が形成されたＬＥＤ−ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）上に実装されている。ＬＥＤ−ＦＰＣは、液晶表示素子（液晶パネル）と照明装置（バックライトユニット）との間に設けられたプラスチックフレームに貼付されている。

特開２００６−２１６２４４号公報特開２００４−１８６００４号公報

上記の特許文献１の技術によると、ＬＥＤの位置が放熱体の貫通孔内に規制されることから、熱膨張収縮が生じた際に両者が干渉することでバックライトユニット全体が変形しやすい。この結果、液晶表示装置の表示にむらが生じ得る。

上記の特許文献２の技術によると、ＬＥＤ−ＦＰＣ上の、プラスチックフレームおよび液晶パネルにおいて、熱の局所的な滞留が生じやすい。これにより生じる局所的な熱膨張のために、液晶表示装置が変形し得る。この結果、液晶表示装置の表示にむらが生じ得る。

液晶表示装置の額縁部の大きさは、通常、なるべく小さくすることが求められており、その場合、部品間の距離を大きくすることができないので、熱の滞留がより生じやすくなる。また表示の高輝度化が求められる場合、より多くのＬＥＤが設けられるので発熱量も大きくなる。これらの場合、表示むらはより生じやすくなる。また黒色を表示する際は表示むらが目立ちやすいので、黒色のより忠実な表示が求められる場合は、表示むらのより一層の低減が求められる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バックライトユニットのＬＥＤからの発熱に起因した表示むらを抑制することができる、液晶表示装置を提供することである。

本発明の一の局面に従う液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルを照らすバックライトユニットとを有する。バックライトユニットは、台座と、複数の発光ダイオードと、導光板と、仕切部とを有する。台座は支持面を有している。複数の発光ダイオードは、台座の支持面上に、互いに離れて配置されている。導光板は、液晶パネルに対向する発光面と、発光面の縁に位置し発光ダイオードの各々に対向する側面とを有する。仕切部は金属で作られている。仕切部は、台座の支持面上において発光ダイオードの間に位置する部分を有し、台座上において発光ダイオードの各々を部分的に囲んでいる。ここで「部分的に囲んでいる」とは、部分的にのみ囲んでいること、言い換えれば完全には囲んでいないことを意味する。仕切り部は、台座の支持面上に直接設けられており、かつ台座の支持面上にのみ設けられている。

本発明によれば、バックライトユニットのＬＥＤからの発熱に起因した、液晶表示装置の表示むらを抑制することができる。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。図２のバックライトユニットの概略部分拡大図であり、図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う図である。図３の線ＩＶ−ＩＶに沿う概略部分断面図である。図３の矢印ＶＡの視点からのバックライトユニットの概略部分平面図（Ａ）、およびその線ＶＢ−ＶＢに沿う概略部分断面図である。本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を概略的に示す部分断面図であり、図７の線ＶＩ−ＶＩに沿う図である。図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う概略部分断面図である。本発明の実施の形態３における液晶表示装置の構成を概略的に示す部分断面図である。本発明の実施の形態４における液晶表示装置の構成を概略的に示す部分断面図である。本発明の実施の形態５における液晶表示装置の構成を概略的に示す部分断面図である。図１０の第１の変形例を示す図である。図１０の第２の変形例を示す図である。図１０の第３の変形例を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態の液晶表示装置１００は、液晶パネル１０と、液晶パネル１０を照らすバックライトユニット３１と、フロントフレーム７９とを有する。液晶パネル１０は、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)アレイ基板１１と、対向基板１２と、フレキシブル基板１３と、回路基板１４とを有する。図１の破線矢印に示すようにフレキシブル基板１３が曲げられることによって、回路基板１４はバックライトユニット３１の裏側（図１で示されていない側）に配置されている。言い換えれば、バックライトユニット３１は液晶パネル１０と回路基板１４との間に挟まれている。ＴＦＴアレイ基板１１と対向基板１２との間の隙間（図示せず）には液晶が封止されている。ＴＦＴアレイ基板１１にはフレキシブル基板１３を介して回路基板１４が接続されている。回路基板１４で生成された表示信号は、フレキシブル基板１３上に搭載された駆動ＩＣ(Integrated Circuit)に入力される。駆動ＩＣは、入力された表示信号を、ＴＦＴアレイ基板１１を駆動させるのに適したレベルおよびタイミングを有する信号に変換し、それをＴＦＴアレイ基板１１に出力する。ＴＦＴアレイ基板１１上には、画素に対応して配置されたＴＦＴと、ＴＦＴを駆動するためのゲート配線およびソース配線と（図示せず）が設けられている。対向基板１２には、カラー表示を行うためのカラーフィルタが設けられていてもよい。

図３および図４を参照して、バックライトユニット３１は、ＬＥＤユニット４１と、導光板６１と、リアフレーム７１とを有する。

導光板６１は、液晶パネル１０に対向する発光面ＳＥと、その反対の裏面ＳＢと、発光面ＳＥの縁に位置する側面ＳＳとを有する。導光板６１の裏面ＳＢおよび発光面ＳＥのそれぞれには光学シート８１および８２が設けられている。光学シート８１は、たとえば反射シートである。光学シート８２は、たとえば、拡散シート、レンズシートなどが積層されたものである。

ＬＥＤユニット４１は、台座５０と、複数のＬＥＤ４０（発光ダイオード）と、仕切部５１とを有する。台座５０は支持面ＵＳとその反対の反対面ＵＯとを有する。台座５０の支持面ＵＳはＬＥＤ４０および仕切部５１の各々を支持している。台座５０の反対面ＵＯはリアフレーム７１によって支持されている。

リアフレーム７１内にはＬＥＤユニット４１および導光板６１が収められている。リアフレーム７１はフロントフレーム７９（図２）と共に液晶パネル１０（図２）を保持している。

さらに図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して、台座５０は、一の方向（図中、横方向）に延びる長方形状の板である。この方向に沿って複数のＬＥＤ４０が台座５０上に設けられている。複数のＬＥＤ４０は互いに離れて配置されている。複数のＬＥＤ４０は互いに直列に電気的に接続されている。ＬＥＤ４０の各々は導光板６１の側面ＳＳに対向している。仕切部５１は金属で作られている。仕切部５１は、台座５０上においてＬＥＤ４０の間に位置する部分を有し、かつ台座５０上においてＬＥＤ４０の各々を部分的に囲んでいる。好ましくは、ＬＥＤ４０と仕切部５１との間には隙間が設けられており、それにより両者が互いに離されている。

本実施の形態によれば、ＬＥＤ４０からの熱の拡散を促進するための仕切部５１は台座５０上においてＬＥＤ４０を部分的に囲んでいる。これにより、仕切部がＬＥＤ４０を完全に囲んでいる場合に比して、仕切部５１とＬＥＤ４０との相互の拘束がより緩やかとなる。よって、両者の熱膨張収縮の差異に起因したバックライトユニット３１の変形が抑えられる。よってバックライトユニット３１の変形に起因した、液晶表示装置１００の表示むらが抑制される。

また仕切部５１が金属から作られているので、たとえばポリカーボネイトなどの樹脂から作られる場合に比して、仕切部５１の熱伝導性が高められる。よってＬＥＤからの熱の拡散がより促進される。

（実施の形態２）
図６および図７を参照して、本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル１０（図２）を照らすものとしてバックライトユニット３１（図３および図４）に代わりバックライトユニット３２を有する。バックライトユニット３２は、ＬＥＤユニット４２と、導光板６２と、リアフレーム７１とを有する。ＬＥＤユニット４２は台座５０および複数のＬＥＤ４０を有する。複数のＬＥＤ４０は互いに隙間を空けて台座５０上に配置されている。

導光板６２は、液晶パネル１０（図２）に対向する発光面ＳＥと、その反対の裏面ＳＢと、発光面ＳＥの縁に位置する側面ＳＳとを有する。裏面ＳＢおよび発光面ＳＥのそれぞれには光学シート８１および８２が設けられている。側面ＳＳには、ＬＥＤ４０のそれぞれに対向する複数の凹部ＰＲと、ＬＥＤ４０間の隙間に対向する凸部ＰＰとが設けられている。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の液晶表示装置１００の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、導光板６２の側面ＳＳには、ＬＥＤ４０のそれぞれに対向する複数の凹部ＰＲと、ＬＥＤ４０間の隙間に対向する凸部ＰＰとが設けられている。これにより、導光板６２の側面ＳＳとＬＥＤ４０の各々との間の距離が、側面ＳＳ全体に渡ってより均一とされる。よってＬＥＤ４０から側面ＳＳへ流入する熱量もより均一とされる。よって局所的な熱膨張に起因した導光板６２の変形が抑制される。よってバックライトユニット３２の変形に起因した表示むらが抑制される。以上のように、バックライトユニット３２のＬＥＤ４０からの発熱に起因した表示むらを抑制することができる。

また、上述したように導光板６２の側面ＳＳとＬＥＤ４０の各々との間の距離が均一化されることで、導光板６２に入射する光量も均一化され得る。これにより液晶パネル１０をより均一に照らすことができる。よって液晶表示装置の表示むらをより抑制することができる。

また上述した、導光板６２の側面ＳＳとＬＥＤ４０の各々との間の距離の均一化は、特段の追加部品を設けることなく、側面ＳＳの形状を調整するだけで行い得る。よって本実施の形態は、製造コストの大幅な増大を招くことなく適用し得る。

なお図７においては導光板６２の側面ＳＳに凹部ＰＲおよび凸部ＰＰによって鋸状の構造が設けられているが、たとえば波状の構造など、他の形状の構造が設けられてもよい。

（実施の形態３）
図８を参照して、本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル１０（図２）を照らすものとしてバックライトユニット３１（図３および図４）に代わりバックライトユニット３３を有する。バックライトユニット３３は、複数のＬＥＤ４０と、導光板６１と、リアフレーム７３とを有する。リアフレーム７３は金属で作られている。リアフレーム７３は裏側部７３Ｂおよび支持部７３Ｓを有する。裏側部７３Ｂおよび支持部７３Ｓは、直角の角部をなすようにつながっている。裏側部７３Ｂは導光板６１の裏面ＳＢに対向している。支持部７３Ｓは導光板６１の側面ＳＳに対向している。

リアフレーム７３の支持部７３ＳはＬＥＤ４０の各々を直接支持している。よって本実施の形態においては、複数のＬＥＤ４０を１つのユニットとするための専用の台座が省略されており、その機能をリアフレーム７３が兼ねている。好ましくは支持部７３Ｓの厚さＴＳは裏側部７３Ｂの厚さＴＢよりも大きい。ここで、厚さＴＳは、ＬＥＤ４０を支持する面の法線方向（図中、横方向）に沿った寸法であり、厚さＴＢは、導光板６１を支持する面の法線方向（図中、縦方向）に沿った寸法である。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の液晶表示装置１００（図１）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、リアフレーム７３の支持部７３ＳはＬＥＤ４０の各々を直接支持している。これによりＬＥＤ４０からの発熱は金属製のリアフレーム７３により直接吸収される。よって、導光板６１、光学シート８１、８２、または液晶パネル１０などの光学系の、熱膨張に起因した変形が抑制される。よって液晶表示装置の表示むらを抑制することができる。

なお、個々のＬＥＤ４０からの発熱によりリアフレーム７３は不均一に加熱されることになるが、リアフレーム７３を熱的に均一な材料で形成しておけば、リアフレーム７３において熱膨張の非連続的な差異は生じない。この場合、リアフレーム７３の熱膨張が光学系へ及ぼす主な影響は、ＬＥＤ４０間の距離の若干の増大に過ぎず、ＬＥＤ４０から照射される光の方向に影響するようなねじれを伴う歪みはほとんど引き起こされない。よってＬＥＤ４０から照射される光の方向の乱れは小さく、それに起因した表示むらは軽微である。

また裏側部７３Ｂの厚さＴＢよりも支持部７３Ｓの厚さＴＳが大きいことにより、リアフレーム７３のうちＬＥＤ４０が取り付けられる部分の、熱容量、熱伝導性および剛性が大きくなる。これにより、熱膨張に起因したリアフレーム７３の変形が抑制される。よってリアフレーム７３の変形に起因した表示むらが抑制される。

（実施の形態４）
図９を参照して、本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル１０（図２）を照らすものとしてバックライトユニット３１（図３および図４）に代わりバックライトユニット３４を有する。バックライトユニット３４は、ＬＥＤユニット４４と、導光板６１と、リアフレーム７１とを有する。ＬＥＤユニット４４は、台座５０と、複数のＬＥＤ４０と、透光性樹脂部材５４とを有する。導光板６１は、実施の形態１で説明したように、ＬＥＤ４０の各々に対向する側面ＳＳを有する。透光性樹脂部材５４はＬＥＤ４０の各々と導光板６１の側面ＳＳとの間に設けられている。透光性樹脂部材５４はＬＥＤ４０からの光を分散させるためのものである。

本実施の形態によれば、透光性樹脂部材５４によってＬＥＤ４０からの光が分散される。これにより、導光板６１がより均一に照らされ、その結果、液晶パネル１０もより均一に照らされる。このように光が均一化されることで、光の伝搬時の損失に起因した熱分布も均一化される。すなわち、光が均一化されるだけでなく、それにともなって熱分布も均一化される。熱分布の均一化により、熱膨張に起因した液晶表示装置の変形による表示むらを抑制することができる。

ＬＥＤ４０が透光性樹脂部材５４に接触している場合、ＬＥＤ４０からの熱を透光性樹脂部材５４が直接吸収することができるので、透光性樹脂部材５４が、光学部材としてだけでなく放熱部材としても作用し得る。透光性樹脂部材５４はＬＥＤ４０上に直接形成されたりあるいは貼り付けられたりしていてもよい。両者の熱膨張収縮の差異に起因した歪を抑制することを優先する場合は、相互に接触しつつもずれ得るように両者が配置されてもよく、さらには、両者が相互に対向しつつも離間して配置されてもよい。

（実施の形態５）
図１０を参照して、本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル１０（図２）を照らすものとしてバックライトユニット３１（図３および図４）に代わりバックライトユニット３５を有する。バックライトユニット３５は、ＬＥＤユニット４５と、導光板６１と、リアフレーム７１とを有する。ＬＥＤユニット４５は複数のＬＥＤ４０および台座５５を有する。

台座５５は、ＬＥＤ４０の各々を支持する支持面ＵＳと、支持面ＵＳと反対の反対面ＵＯとを有する。反対面ＵＯには波状の凹凸形状が設けられている。

本実施の形態によれば、台座５５の反対面ＵＯに凹凸形状が設けられている。これにより反対面ＵＯの面積が大きくなるので、そこからの放熱が促進される。これにより、ＬＥＤ４０からの発熱が効率的に拡散される。よって熱膨張に起因したバックライトユニット３５の変形が抑制される。よって液晶表示装置の表示むらが抑制される。特に台座５５の反対面ＵＯの凹部が、図１０に示すように空洞となっている場合、空冷作用による放熱が促進される。

次にバックライトユニット３５の第１〜第３の変形例について、以下に説明する。

図１１を参照して、第１の変形例としてのバックライトユニット３５ｖはＬＥＤユニット４５ｖを有する。ＬＥＤユニット４５ｖは台座５５（図１０）の代わりに台座５５ｖを有する。台座５５ｖの反対面ＵＯには、土手状の薄い多数の壁が放熱フィンとして設けられている。これにより空冷作用がより高められる。

図１２を参照して、第２の変形例としてのバックライトユニット３５ｗはリアフレーム７１（図１０）の代わりにリアフレーム７１ｗを有する。リアフレーム７１ｗには、台座５５の反対面ＵＯの凹凸形状に噛み合う凹凸形状が設けられている。これにより、上述した空冷作用は減じるものの、台座５５とリアフレーム７１ｗとの接触面積が増大するため、台座５５からリアフレーム７１ｗへの放熱作用が促進される。リアフレーム７１ｗの凹凸形状は、台座５５の取り付け前に予め形成されていてもよく、あるいは台座５５の取り付け時に台座５５の凹凸形状がリアフレーム７１ｗ中にめり込むことによって形成されてもよい。

図１３を参照して、第３の変形例としてのバックライトユニット３５ｘはＬＥＤユニット４５ｘを有する。ＬＥＤユニット４５ｘは台座５５（図１０）の代わりに台座５５ｘを有する。台座５５ｘは平板部５５ａおよび突出部５５ｂを有する。本変形例においては、平板部５５ａの平坦な表面上に突出部５５ｂが取り付けられることで、台座５５ｘの反対面ＵＯに凹凸形状が設けられる。平板部５５ａおよび突出部５５ｂの各々の熱膨張係数は同程度であることが望ましい。平板部５５ａおよび突出部５５ｂの材料は同一とされてもよい。

なお本実施の形態およびその変形例において、リアフレームと台座とが互いに接触しつつも相互にずれ得るように両者が配置されてもよい。これによりリアフレームおよび台座の熱膨張収縮の差異に起因した歪が抑制される。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０液晶パネル、１００液晶表示装置、１１ＴＦＴアレイ基板、１２対向基板、１３フレキシブル基板、１４回路基板、３１〜３５，３５ｖ〜３５ｘバックライトユニット、４０ＬＥＤ（発光ダイオード）、４１，４２，４４，４５，４５ｖ，４５ｘＬＥＤユニット、５０，５５，５５ｖ，５５ｘ台座、５１仕切部、５４透光性樹脂部材、５５ａ平板部、５５ｂ突出部、６１，６２導光板、７１，７１ｗ，７３リアフレーム、７３Ｂ裏側部、７３Ｓ支持部、７９フロントフレーム、８１、８２光学シート、ＰＰ凸部、ＰＲ凹部、ＳＢ裏面、ＳＥ発光面、ＳＳ側面、ＵＯ反対面、ＵＳ支持面。

Claims

液晶パネルと、
前記液晶パネルを照らすバックライトユニットと、を備え、前記バックライトユニットは、
支持面を有する台座と、
前記台座の前記支持面上に、互いに離れて配置された複数の発光ダイオードと、
前記液晶パネルに対向する発光面、および前記発光面の縁に位置し前記発光ダイオードの各々に対向する側面を有する導光板と、
金属で作られ、前記台座の前記支持面上において前記発光ダイオードの間に位置する部分を有し、前記台座上において前記発光ダイオードの各々を部分的に囲む仕切部と、を含み、
前記仕切り部は、前記台座の前記支持面上に直接設けられており、かつ前記台座の前記支持面上にのみ設けられている、液晶表示装置。